«Για να αξιοποιήσετε πλήρως τις δυνατότητες αυτών των ηλεκτρικών ιπτάμενων, χρειάζεστε ένα έξυπνο σύστημα ελέγχου που βελτιώνει την στιβαρότητά τους και ιδιαίτερα την ανθεκτικότητά τους σε μια ποικιλία βλαβών», λέει ο Soon-Jo Chung, καθηγητής Ελέγχου και Δυναμικών Συστημάτων Bren στο Caltech και Ανώτερος ερευνητής στο JPL, το οποίο διαχειρίζεται το Caltech για τη NASA. «Έχουμε αναπτύξει ένα τέτοιο σύστημα ανοχής σε σφάλματα, ζωτικής σημασίας για αυτόνομα συστήματα κρίσιμα για την ασφάλεια, και εισάγει την ιδέα των εικονικών αισθητήρων για τον εντοπισμό οποιασδήποτε αστοχίας χρησιμοποιώντας μεθόδους μηχανικής μάθησης και προσαρμοστικού ελέγχου».
Πολλαπλοί ρότορες σημαίνουν πολλά πιθανά σημεία αποτυχίας
Οι μηχανικοί κατασκευάζουν αυτά τα υβριδικά ηλεκτρικά αεροσκάφη με πολλαπλούς έλικες ή ρότορες, εν μέρει για πλεονασμό: Εάν ένας ρότορας αποτύχει, απομένουν αρκετοί λειτουργικοί κινητήρες για να παραμείνουν στον αέρα. Ωστόσο, για να μειωθεί η ενέργεια που απαιτείται για την πραγματοποίηση πτήσεων μεταξύ αστικών τοποθεσιών - ας πούμε, 10 ή 20 μίλια - το σκάφος χρειάζεται επίσης σταθερά φτερά. Έχοντας και ρότορες και φτερά, όμως, δημιουργούνται πολλά σημεία πιθανής αστοχίας σε κάθε αεροσκάφος. Και αυτό αφήνει τους μηχανικούς με το ερώτημα πώς να ανιχνεύσουν καλύτερα πότε κάτι έχει πάει στραβά με οποιοδήποτε μέρος του οχήματος.
Οι μηχανικοί θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν αισθητήρες για κάθε ρότορα, αλλά ακόμη και αυτό δεν θα ήταν αρκετό, λέει ο Chung. Για παράδειγμα, ένα αεροσκάφος με εννέα ρότορες θα χρειαζόταν περισσότερους από εννέα αισθητήρες, καθώς κάθε ρότορας μπορεί να χρειάζεται έναν αισθητήρα για να ανιχνεύσει μια αστοχία στη δομή του ρότορα, έναν άλλο για να παρατηρήσει εάν ο κινητήρας του σταματά να λειτουργεί και έναν άλλο για να ειδοποιεί όταν υπάρχει πρόβλημα καλωδίωσης σήματος λαμβάνει χώρα. «Θα μπορούσατε τελικά να έχετε ένα εξαιρετικά περιττό κατανεμημένο σύστημα αισθητήρων», λέει ο Chung, αλλά αυτό θα ήταν ακριβό, δύσκολο στη διαχείριση και θα αύξανε το βάρος του αεροσκάφους. Οι ίδιοι οι αισθητήρες θα μπορούσαν επίσης να αποτύχουν.
Με το NFFT, η ομάδα του Chung έχει προτείνει μια εναλλακτική, νέα προσέγγιση. χτίζοντας πάνω προηγούμενες προσπάθειες, η ομάδα έχει αναπτύξει μια μέθοδο βαθιάς μάθησης που μπορεί όχι μόνο να ανταποκριθεί σε ισχυρούς ανέμους αλλά και να ανιχνεύσει, εν κινήσει, πότε το αεροσκάφος έχει υποστεί βλάβη στο αεροσκάφος. Το σύστημα περιλαμβάνει ένα νευρωνικό δίκτυο που είναι προεκπαιδευμένο σε δεδομένα πτήσης σε πραγματικό χρόνο και στη συνέχεια μαθαίνει και προσαρμόζεται σε πραγματικό χρόνο με βάση περιορισμένο αριθμό μεταβαλλόμενων παραμέτρων, συμπεριλαμβανομένης μιας εκτίμησης του πόσο αποτελεσματικός λειτουργεί κάθε ρότορας στο αεροσκάφος σε δεδομένη χρονική στιγμή. χρόνος.
"Αυτό δεν απαιτεί πρόσθετους αισθητήρες ή υλικό για τον εντοπισμό και την αναγνώριση σφαλμάτων", λέει ο Chung. «Απλώς παρατηρούμε τις συμπεριφορές του αεροσκάφους - τη στάση και τη θέση του σε συνάρτηση με το χρόνο. Εάν το αεροσκάφος αποκλίνει από την επιθυμητή θέση του από το σημείο Α στο σημείο Β, το NFFT μπορεί να εντοπίσει ότι κάτι δεν πάει καλά και να χρησιμοποιήσει τις πληροφορίες που διαθέτει για να αντισταθμίσει αυτό το σφάλμα.»
Και η διόρθωση γίνεται εξαιρετικά γρήγορα—σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. «Πετώντας το αεροσκάφος, μπορείτε πραγματικά να αισθανθείτε τη διαφορά που κάνει το NFFT στη διατήρηση της ικανότητας ελέγχου του αεροσκάφους όταν ένας κινητήρας αποτυγχάνει», λέει ο επιστήμονας του προσωπικού Matthew Anderson, συγγραφέας του χαρτιού και πιλότος που βοήθησε στη διεξαγωγή των δοκιμών πτήσης. «Ο επανασχεδιασμός του ελέγχου σε πραγματικό χρόνο δίνει την αίσθηση ότι τίποτα δεν έχει αλλάξει, παρόλο που μόλις σταματήσατε να λειτουργεί ένας από τους κινητήρες σας».
Παρουσιάζοντας τους εικονικούς αισθητήρες
Η μέθοδος NFFT βασίζεται σε σήματα ελέγχου και αλγόριθμους σε πραγματικό χρόνο για να ανιχνεύσει πού βρίσκεται μια αστοχία, επομένως ο Chung λέει ότι μπορεί να δώσει σε οποιοδήποτε τύπο οχήματος ουσιαστικά δωρεάν εικονικούς αισθητήρες για τον εντοπισμό προβλημάτων. Η ομάδα έχει δοκιμάσει πρωτίστως τη μέθοδο ελέγχου στα εναέρια οχήματα που αναπτύσσει, συμπεριλαμβανομένου του Autonomous Flying Ambulance, ενός υβριδικού ηλεκτρικού οχήματος που έχει σχεδιαστεί για τη γρήγορη μεταφορά τραυματιών ή ασθενών στα νοσοκομεία. Αλλά η ομάδα του Chung έχει δοκιμάσει μια παρόμοια μέθοδο ελέγχου με ανοχή σε σφάλματα σε οχήματα εδάφους και έχει σχέδια να εφαρμόσει NFFT σε σκάφη.
Σε σενάριο Kimm Fesenmaier
πηγή: caltech
σύνδεση πηγή
